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Rencontres éco-technologiques 2013 - Paris 27 mai 2013 - Sols et sites : caractérisaon, métrologie, dépolluon Instuts Carnot : présentaon de technologies Sols et sites caractérisaon, métrologie, dépolluon Lundi 27 mai 2013 Ministère de l’Ecologie, du Développement Durable et de l’Energie Paris La Défense
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Sols et sites caractérisation, métrologie, dépollution

Dec 31, 2016

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Rencontres éco-technologiques 2013 - Paris 27 mai 2013 - Sols et sites : caractérisation, métrologie, dépollution

Instituts Carnot : présentation de technologies

Sols et sites

caractérisation, métrologie, dépollution

Lundi 27 mai 2013

Ministère de l’Ecologie, du Développement Durable et de l’Energie

Paris La Défense

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Rencontres éco-technologiques 2013 - Paris 27 mai 2013 - Sols et sites : caractérisation, métrologie, dépollution

Le PEXE, l’association des éco-entreprises de France regroupe une quarantaine de réseaux (associations professionnelles, clusters, pôles de compétitivité) et représente près de 5000 éco-entreprises en France, soit la moitié de la filière.

Avec l’appui de ses membres, l’association des éco-entreprises de France s’est donné comme ob-jectif de renforcer la performance économique des éco-entreprises et de créer une véritable filière d’excellence dans le domaine des éco-activités.

Sélectionnés par le Ministère de la recherche après un appel à candidatures très sélectif, les 34 instituts Carnot regroupent des équipes de recherche publique fortement engagées dans les par-tenariats de R&D avec les entreprises.

Pluridisciplinaire, national et à fort ancrage territorial, le réseau des instituts Carnot a pour objectif de contribuer à la compétitivi-té des entreprises par l’innovation technologique.

www.instituts-carnot.eu

www.pexe.fr

Cette rencontre dédiée aux sols est organisée en partenariat avec :

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Rencontres éco-technologiques 2013 - Paris 27 mai 2013 - Sols et sites : caractérisation, métrologie, dépollution

La mission des instituts Carnot est de réaliser des actions de R&D en partenariat avec les entreprises, à partir de besoins soumis par ces dernières.

Pour mieux faire connaître leurs compétences et ouvrir à des partenariats, les insti-tuts Carnot présentent, lors des rencontres éco-technologiques 2013, un éventail de technologies, issues de leurs travaux, qui peuvent faire l’objet de transferts vers les PME et ETI. Ils proposent également des plateaux techniques accessibles aux entreprises pour des essais et tests d’instrumentation ou de procédés.

Plateaux techniques

ISIFoR : Plateforme PREMICE - étude des microorganismes dans l’environnement, de leur diversité, de leurs potentiels – Région Aquitaine

ISIFoR : Sols miniers : contamination par les métaux lourds, diagnostic, caractérisation, phytoremé-diation – Région Aquitaine

Irstea : Plateforme Géomécanique : mesurer la résistance à l’érosion des digues de protection contre les inondations – Région Provence Alpes Côte d’Azur

Irstea : Qualité des sols : stratégies innovantes d’observation et de modélisation des systèmes natu-rels – Région Rhône-Alpes

Instrumentation, métrologie

Irstea : Cartographie des propriétés du sol grâce à la technologie du pneu-capteur ou à l’ outil OCPS

BRGM : Caractérisation rapide de polluants sur un site contaminé

BRGM : Méthodes géophysiques et caractérisation de pollution d’un site contaminé par les hydro-carbures

CEA LETI : Utilisation de capteurs électrochimiques pour l ‘analyse des sols Procédés

BRGM : Mise au point de procédés de dépollution de sols pollués : approche multi-échelle, de la paillasse aux essais pilote

ICÉEL : Filière ECONICK pour la phytomine du nickel—production d’un sel à haute valeur ajoutée à partir du nickel extrait des sols par des plantes hyperaccumulatrices

ICÉEL : Procédés de traitement in situ des sols contaminés : exemple du procédé OXYSOL couplant l’oxydation chimique et la restauration des fonctions des sols

Outils logiciels

Inria : Composition en espèce des sols : analyse de données métagénomiques

Présentations de technologies - 27 mai 2013

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Rencontres éco-technologiques 2013 - Paris 27 mai 2013 - Sols et sites : caractérisation, métrologie, dépollution

La plateforme Régionale Microbiologie de l'Environnement (PREMICE) est une structure régionale

d’équipements et moyens destinés à offrir à la communauté de la recherche publique et à des en-

treprises, des ressources technologiques performantes dans le domaine de la Microbiologie de l'En-

vironnement.

Plateforme PREMICE : étude des microorganismes dans l’environne-

ment, de leur diversité, de leurs potentiels

Aquitaine

Les activités de PREMICE s’inscrivent dans les différents domaines des Sciences de l’Environnement,

de l’exploitation des ressources à l’appréciation de l’impact environnemental. Les domaines d’appli-

cation sont, entre autres, les biotechnologies, la bio-dépollution, la bio-réhabilitation de sites pol-

lués, la biodégradation, la biotransformation…

Contact institut Carnot ISIFoR : beatrice.lauga @ univ-pau.fr

C'est un pôle analytique de réfé-

rence pour tout ce qui concerne

l'analyse des microorganismes dans

l'Environnement, leur diversité et

leurs applications. Les approches de

génomique moléculaire et de cul-

ture de microorganismes per-

mettent une caractérisation fine des

microorganismes et de leurs fonc-

tions.

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Sols miniers : contamination par les métaux lourds, diagnostic, caracté-

risation, phytoremédiation

Aquitaine

L’institut Carnot ISIFOR (IPREM Pau) a pour domaine de compétence la caractérisation de sols con-

taminés par les métaux lourds et métalloïdes. Les techniques conventionnelles de traitement sont

difficilement applicables à certains sites, notamment les sites miniers, et nous nous intéressons

donc à la phytoremédiation et à la phytostabilisation en particulier pour contenir la dispersion de la

pollution en permettant une revégétalisation des sites. Nos études se basent sur :

une caractérisation poussée des contaminants dans le sol par des techniques analytiques de

pointe (spectrométrie de masse, imagerie chimique par rayon X…).

une étude du comportement de plantes endémiques en vue de maximiser les chances de re-

végétalisation.

un suivi de la contamination sur site dans les phases aqueuses et solides.

Contact institut Carnot ISIFoR : [email protected]

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Plateforme Géomécanique : mesurer la résistance à l’érosion des digues de protection contre les inondations

Région Provence Alpes Côte d’Azur

La plateforme Géomécanique de l’Irstea regroupe un ensemble de moyens pour mesurer la résistance

des sols à l’érosion. Cet ensemble, unique en Europe, comprend notamment deux dispositifs expéri-

mentaux déjà déployés en Australie et aux Etats-Unis depuis plusieurs années :

le HET (Hole Erosion Test ou Essai d’érosion de conduit) ;

le JET (Jet Erosion Test ou Essai d’érosion de jet impactant).

Dans le cadre de l’évaluation de la sûreté d’une digue

de protection contre les inondations, il apporte des

éléments d’informations sur la résistance de cette

digue lors d’une crue.

Opérationnel au laboratoire et sur le terrain, cet en-

semble intègre un matériel moderne, un savoir-faire

de haut niveau qui a fait l’objet de plusieurs livres, et

une méthode d’interprétation rigoureuse et cohé-

rente avec les méthodes de diagnostic d’ouvrages.

Elaboré dans un cadre international, il est en cons-

tante évolution. Il peut être utilisé dans d’autres con-

textes que celui des digues.

Des possibilités de partenariat avec des entreprises sont ainsi ouvertes pour déployer commercialement son utilisation, que ce soit pour la réalisation de prestations d’essais ou la commercialisation du matériel, en France et à l’international.

Contact institut Carnot Irstea : stephane.bonelli @ irstea.fr

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Qualité des sols : stratégies innovantes d’observation et de modéli-sation des systèmes naturels

Région Rhône-Alpes

Contact institut Carnot Irstea : lauric.cecillon @ irstea.fr

Le centre Irstea de Grenoble développe depuis plus de 10 ans une expertise reconnue sur la qualité et

la biodiversité des sols. La qualité est déclinée en indicateurs spécifiques des différents services rendus

par les sols. Ces indicateurs peuvent être spatialisés à l’échelle des territoires par couplage de la tech-

nique de spectrométrie infrarouge avec des outils de data mining en ligne.

Irstea est membre du LabEx OSUG@2020 (Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble), qui

rassemble une offre diversifiée d’expertise de pointe sur la métrologie des sols. Une plateforme tech-

nologique d’analyse des sols de l’OSUG est en cours de création. Cette plateforme rassemble les labo-

ratoires Irstea, LECA, ISTerre, LTHE et Edytem (Biogéochimie, Géochimie, Minéralogie, Physique du sol,

Ecotoxicologie, Biologie, Microbiologie, Pédologie). Son objectif est de co-développer des innovations

métrologiques sur les sols en partenariat avec les TPE/PME/ETI via des thèses CIFRE.

Prototype de plateforme de data mining pour l’étude des molécules du sol (http://molterdb.irstea.fr/, Illustration © L. Cécillon, E. Ancelet, N. Sardat)

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Cartographie des propriétés du sol grâce à la technologie du

pneu capteur ou de l’outil OCPS

L'OCPS, Outil de Caractérisation de Propriétés du Sol, et le pneu-capteur combinent des mesures mé-

caniques et des mesures électriques simultanées, permettant ainsi de séparer les différentes gran-

deurs d'influence (texture, humidité…).

Ces mesures, géoréférencées à l'aide d'un GPS différentiel de précision centimétrique, permettent de

cartographier des propriétés (compaction...) du sol pour accéder à leurs variabilités intra-

parcellaires. Elles permettent donc de quantifier les impacts des pratiques agricoles sur les sols, telles

que la circulation d'un véhicule sur une parcelle, les changements de pratiques...

Le pneu-capteur réalise quant à lui des mesures non-intrusives et pourrait équiper tout véhicule agri-

cole permettant ainsi de recueillir des données à chaque intervention sur la parcelle.

Ces technologies peuvent intéresser des manufacturiers de pneumatiques, des entreprises fabricants

de dispositifs de télégonflage, des constructeurs de véhicules et matériels agricoles.

Contact institut Carnot Irstea : myriam.chanet @ irstea.fr

Bien que réalisant des mesures de

manière intrusive, l'OCPS, grâce à

des lames de différentes longueurs,

présente l'avantage de pouvoir

s'intéresser directement à l'horizon

de surface.

Son principe peut être transposé à

un outil de travail du sol en utilisant

les pièces travaillantes à la place des

lames.

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Caractérisation rapide de polluants sur un site contaminé

Depuis plusieurs années, les appareils portables de fluorescence X (pXRF) ont fait leur apparition

dans les études et la gestion des sites et sols pollués. En effet, leur poids léger (1,2 kg), leur facilité

d’utilisation et la rapidité d’obtention des teneurs en polluants ont permis leur expansion dans ce

domaine.

Mais les analyses obtenues sont généralement très différentes de celles des laboratoires. Si on re-

garde de plus près, cette constatation est normale puisque les échantillons analysés en condition in

situ ne sont pas les échantillons analysés au laboratoire (échantillon brut et humide vs échantillon

sec, broyé et minéralisé).

Contact institut Carnot BRGM : Valérie Laperche v.laperche @ brgm.fr

Il est donc important de comparer ce qui est comparable et de tenir compte de certains para-

mètres. Il est préférable d’augmenter le nombre de mesures plutôt que la durée de mesure parti-

culièrement lorsque les échantillons ont une granulométrie très variable. Il faut connaître et com-

penser le taux d’humidité. Lorsque cela est possible, il faut privilégier le grappillage à la mesure

directe (localisée). Plus l’échantillon est préparé, plus la mesure est quantitative.

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Les méthodes géophysiques sont utilisées pour caractériser les propriétés physiques du sous-sol :

propriétés sismiques, électriques, magnétiques … Elles sont non destructives, non intrusives et

intégratrices. Elles permettent de dresser un diagnostic instantané de l’état d’un système, mais

également d’en surveiller l’évolution au cours du temps.

Une pollution par hydrocarbures va modifier les propriétés électriques des sols, dont l’intensité va

varier au cours du temps en fonction de l’évolution de la chimie du polluant d’une part et de l’acti-

vité microbienne d’autre part. Ainsi, dans le domaine de l’étude des pollutions de sol, les mé-

thodes géophysiques, notamment électriques, sont d’une grande utilité pour une optimisation du

nombre de sondages de contrôle et une surveillance de la pollution.

Dans ce cadre, le BRGM peut agir en tant que prestataire pour le compte de propriétaires de sites

pollués. Il poursuit des travaux de recherche notamment à travers le projet ANR-BIOPHY sur

l’influence de l’activité bactérienne sur les propriétés électriques des sols pendant une biodépollu-

tion.

Méthodes géophysiques et caractérisation de pollution d’un site contaminé

par les hydrocarbures

Coupe horizontale de résistivité électrique à 2 m de profondeur sur une ancienne usine de moteur.

Les anomalies conductrices correspondent aux déversements accidentels d’hydrocarbures.

Contact institut Carnot BRGM : Jean-Christophe Gourry jc.gourry @ brgm.fr

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Le CEA LETI a développé une approche innovante permettant de suivre certains paramètres physico

chimiques, afin de caractériser la composition d’un sol de manière automatique (monitoring en conti-

nu).

Ce concept fait appel à une famille de microcapteurs chimiques et physico-chimiques conçus et déve-

loppés en utilisant les technologies de microfabrication. Il s’agit principalement de capteurs électro-

chimiques de type potentiométrique, et multiparamétriques permettant l’analyse d’ions en solution.

Une tête de mesure intégrant 5 capteurs, une électrode de référence et un capteur de température

permet de monitorer en temps réel, par exemple les ions Na+, K+, Ca++, Mg++ et le pH. De plus, un mi-

crocapteur de conductivité peut être associé dans cette tête de mesure. Ce module de détection mul-

tiparamétrique est évolutif et permettra de détecter dans le futur d’autres espèces ioniques (NH4+,

anions…).

Ce dispositif de mesure très compact, à faible consommation peut être interrogé à distance via un

réseau sans fil. Afin d’analyser un sol en continu, le système de mesure peut être interfacé avec un

dispositif d’extraction de l’eau du sol commercialisé depuis plusieurs années, sous licence CEA-DSV.

Cet interfaçage doit encore faire l’objet d’un développement spécifique afin d’optimiser la partie flui-

dique, reliant la tête de mesure et l’extracteur.

L’intérêt de cette technologie réside donc dans la possibilité de répondre à un besoin de monitoring

en continu (ou non, selon le besoin) de la composition d’un sol. Cela concerne donc la mesure au

champ ou le suivi de la pollution des sols.

Utilisation de capteurs électrochimiques pour l’analyse des sols

Contact institut Carnot CEA LETI :

claude.vauchier @ cea.fr

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A titre d’exemple, le procédé GEOTEX, issu d’une collaboration avec Sita Remediation, RMIS et Gutzwiller

(projet ANR Eco-Industries), a notamment permis de mettre au point un procédé de stabilisation de terres

faiblement polluées par certains types de métaux/métalloïdes. Ce procédé est basé sur l’ajout de certains

additifs issus de sous-produits industriels. Le choix des additifs a été réalisé sur la base d’essais au labora-

toire validés par des modélisations. Par la suite, l’homogénéisation des additifs avec les terres a fait l’objet

d’études poussées (essais de traçage afin de régler le pilote). Ces essais ont permis de fournir des recom-

mandations pour la fabrication du prototype.

Contact institut Carnot BRGM : Stéfan Colombano stefan.colombano@ brgm.fr

Mise au point de procédés de dépollution de sols pollués :

approche multi-échelle, de la paillasse aux essais pilote

Le Brgm collabore depuis plusieurs années à des projets de R&D relatifs à la mise au point de procédés de

dépollution innovants. Ces collaborations avec différentes entreprises de dépollution (grands groupes,

MPE, TPE) sont basées sur le savoir-faire du Brgm dans le domaine des changement d’échelle permettant

de passer des essais de faisabilité (laboratoire), aux essais de traitabilité (pilote à échelle réduite) puis aux

essais terrains (prototype à grandeur réelle).

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Filière Econick pour la phytomine du nickel : production d’un sel à haute valeur ajoutée à partir du nickel extrait des sols par des plantes hyperaccumulatrices

La filière ECONICK a pour objectif de transformer une ressource dispersée, le nickel contenu dans

certains sols, en un produit à haute valeur ajouté, le sel double sulfate de nickel et d’ammonium,

destiné au traitement de surface électrolytique. Elle combine :

un procédé agronomique qui permet de cultiver des plantes hyperaccumulatrices sur des sols

riches en nickel (sols naturels ou contaminés) dans des conditions visant à obtenir un rendement

élevé en nickel. Actuellement, ce rendement est de 105 kg de nickel par hectare ;

un procédé hydrométallurgique (breveté) qui consiste à extraire le nickel de la biomasse de ces

plantes et le transformer en sel double : la biomasse est incinérée, le nickel est transféré en

phase aqueuse, le sel est obtenu par cristallisation puis purifié.

La rentabilité économique de cette filière a été démontrée.

L’institut Carnot ICÉEL s’adresse à des PME désireuses de valoriser une large gamme de métaux con-

tenus dans des sols et les déchets par ce type de filière. Ils s’adressent également à des PME dési-

reuses de tester des sels de nickel biosourcés dans le cadre de leurs activités de traitement de sur-

face.

Ce travail est mené dans le cadre d’un partenariat entre deux laboratoires Carnot de l’Université de

Lorraine, le LRGP (UL-CNRS) et le LSE (UL-INRA), membres du GISFI (Groupement d’Intérêt Scienti-

fique sur le Friches Industrielles), un laboratoire canadien (INRS-ETE, Québec) et l’Université Agro-

nomique de Tirana (Albanie). Il fait l’objet d’un projet de création d’entreprise.

Contact institut Carnot ICÉEL : marie-odile.simonnot @univ-lorraine.fr

Principe général de la phytomine, depuis la plante hyperaccumulatrice jusqu’à un sel de nickel à haute valeur ajoutée.

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Traitement in situ des sols contaminés : exemple du procédé Oxysol

couplant l’oxydation chimique et la restauration des fonctions des sols

Le procédé OXYSOL a été développé dans le cadre de l’ANR PRECODD (2008-2012). Coordonné par le GISFI, OXYSOL a aussi associé le BRGM, Solvay, ArcelorMittal Real Estate France et Valterra. Le procédé consiste en une phase d’oxydation chimique par injection d’oxydants puissants suivie d’une phase de restauration des fonctions des sols, en préparation de leur utilisation pour l’implantation d’un couvert végétal à usage énergétique, industriel ou paysager (projet LORVER).

Le procédé est en cours de développement et de démonstration dans le cadre du projet AMI BIOXYVAL. OXYSOL a pu être testé en vraie grandeur et ses impacts sur les composantes environnementales mesu-rées grâce aux dispositifs lysimétriques de la station expérimentale du GISFI (24 colonnes de 2m3 enter-rées et équipées de capteurs à plusieurs niveaux et de dispositifs de récupération des solutions).

Contact institut Carnot ICÉEL : jean-louis.morel @ univ-lorraine.fr

Station expérimentale du GISFI (Homécourt, 54) 1. vue générale des dispositifs lysimétriques 2. lysimètre de grande taille équipé 3. surface du lysimètre

Essais d’oxydation in situ : 1. vue générale ; 2. injection d’oxydant ; 3. suivi des réactions par géophysique

Le GISFI est un consortium de laboratoires créé en 2002 pour développer des procédés de traitement et de valorisation des sols et sites pollués et dégradés. Il privilégie les procédés de traitement in situ, tels que l’oxydation chimique, la phytoremédiation et l’atténuation naturelle et vise à créer les conditions la valorisation ultérieure des sols, notamment par construction de sol.

Les compétences pluridisciplinaires du GISFI et sa station expérimentale offrent ainsi de nom-breuses possibilités de partenariat avec les PME désireuses de mettre au point, caractériser et développer des techniques de traitement des sols et de sédiments et de mesurer leur efficacité et leurs impacts en conditions réelles du terrain.

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Composition en espèces des sols : analyse de données métagéno-miques (Logiciel Compareads)

Compareads est un logiciel facilitant la comparaison de milliards de séquences d’ADN de petites tailles (les reads) produites par les séquenceurs de dernières gé-nérations.

Cette comparaison permet une mesure de la biodiversité relative des échantillons prélevés dans un milieu donné : cela donne une analyse de l’activité organique de ce milieu. Le logiciel permet d’identifier et de quantifier les espèces présentes.

Ainsi la fertilité des sols peut être reliée à une forte activité organique et inverse-ment une faible activité indiquera une activité réduite témoin, par exemple, de présence de pollutions.

Le logiciel est actuellement utilisé pour l’analyse des milieux marins avec les échan-tillons prélevés dans l’expédition TARA.

La méthode utilisée est adaptée aux très grands volumes de données et réduit les

temps de calculs d’un facteur 100 : seule l’information utile est extraite et analy-

sée.

Le logiciel est facile à utiliser, il fonctionne en ‘stand alone’, et des adaptations à façon pour des industriels pourront être réalisées en fonction des besoins expri-més. Des évolutions sont prévues pour réaliser la comparaison entre plusieurs échantillons.

Contact institut Carnot Inria : anne-celine.lamballe @ inria.fr marie-christine.lancien @ inria.fr

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Rencontres éco-technologiques 2013 - Paris 27 mai 2013 - Sols et sites : caractérisation, métrologie, dépollution

Un réseau de 34 instituts Carnot engagés pour l'innovation des entreprises

Un engagement partagé

développer la recherche partenariale pour

les entreprises

promouvoir l’innovation

développer le transfert de technologie

Un engagement prouvé

15% de la recherche publique française (19 000 personnes)

la moitié des contrats financés par les entreprises à la recherche publique française

17% d’augmentation du chiffre d’affaires avec les entreprises entre 2010 et 2011, avec un

effort particulier en direction des PME

Un engagement collectif

des objectifs communs

des pratiques partagées

une démarche d’amélioration continue du professionnalisme

un ancrage auprès des acteurs et des territoires, au cœur des enjeux de la recherche parte-

nariale.

6 grands domaines de compétences

Mécanique, matériaux et procédés

Energie, transport

TIC, micro et nanotechnologies

Construction, génie civil, aménagement du territoire

Environnement, ressources naturelles, chimie

Santé, technologies pour la santé, nutrition

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Rencontres éco-technologiques 2013 - Paris 27 mai 2013 - Sols et sites : caractérisation, métrologie, dépollution

Association des instituts Carnot 120, avenue du Général Leclerc 75014 Paris

01 44 06 09 00 www.instituts-carnot.eu

Contact relations entreprises : Jacques Larrouy

jacques.larrouy @ aicarnot.fr 01 44 06 09 03 / 06 79 11 14 41

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Rencontres éco-technologiques 2013 - Paris 27 mai 2013 - Sols et sites : caractérisation, métrologie, dépollution

12 avril à Paris Eau : métrologie, qualité, traitement, gestion (9h00-14h00)

27 mai à Paris Sols : caractérisation, métrologie, dépollution (9h00-14h00)

5 juin à Lille Déchets : Recyclage et valorisation des déchets (9h00-13h30)

5 juin à Lille Écologie industrielle : méthodes, éco-conception, ACV (13h30-17h00)

2 juillet à Paris Biodiversité/génie écologique : préservation &restauration des milieux (9h00-14h00)

13 novembre à Paris Air et effluents gazeux : métrologie, procédés de traitement (9h00-14h00)

Information : Mélanie Ouwerling mouwerling @ pexe.fr 01 49 10 97 80

Inscriptions : www.rencontres-ecotech.fr

© Crédits photos : BRGM, CEA, Ifremer, Inria, Irstea, Université de Lorraine, Université de Pau